激光熔覆原位自生Ti-Al-Si复合涂层的微观组织和高温抗氧化性能

为提高钛合金的高温抗氧化性能,采用激光熔覆原位自生技术,在TC4钛合金表面自行设计并制备了原子百分比为Ti∶Al∶Si=41∶41∶18和Ti∶Al∶Si=35∶35∶30的两种涂层。通过XRD、OM、SEM表征了涂层的微观组织和物相组成;借助管式电阻炉测试了涂层和基体试样在800℃×24h×5次循环氧化条件下的高温抗氧化性能;结合氧化增重和氧化动力学曲线分析了涂层的高温抗氧化机理。结果表明,涂层主要由Ti5Si3、Ti7Al5Si12、Ti3Al、TiAl和TiAl3等物相组成。涂层中没有出现一般激光熔覆所产生的外延生长柱状晶组织,全部为细小等轴晶。在800℃×24h×5次循环氧化条件下,TC4基材单位面积的氧化增重约为35.1mg·cm-2,涂层的约为2.8mg·cm-2和3.3mg·cm-2。两种涂层的高温抗氧化性能较钛合金基材分别提高了12.5倍和10.6倍。激光熔覆原位自生Ti-Al-Si复合涂层能明显改善TC4钛合金的高温抗氧化性能。涂层抗氧化性改善的机理,一方面是表面生成了连续致密的TiO2、Al2O3、SiO2氧化层,阻碍了氧扩散;另一方面是提高了氧化层的黏附性,使氧化层不易从涂层表面剥落,对涂层未氧化部分起到了很好的保护作用。